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Bei der Herstellung von Strukturen in der Elektroindustrie wie beispielsweise von Leiterplatten ist es üblich, elektrisch leitfähige Verbindungen mittels Lötverfahren zu realisieren. Dabei werden elektrische Kontakte mit der Struktur oder darauf befindlicher Leitungen hergestellt. Ferner können mittels Lötverfahren auch Elemente elektrisch leitend mit der Struktur verbunden werden. Bei solchen Lötverfahren ist es bekannt, ein Flussmittel beizugeben, so dass eine bessere Benetzung der Struktur durch das Lot erreicht werden kann. Ein solches Flussmittel entfernt auf der Oberfläche befindliche Oxide durch eine chemische Reaktion. Gleiches gilt für Oxide, die während des Lötvorgangs durch Sauerstoff entstehen können. Somit kann eine Haftung zwischen Lot und der Struktur verbessert werden. Ferner können Flussmittel die Grenzflächenspannung des Lots herabsetzen. Dadurch können besser Fließeigenschaften des Lots erzielt werden. Bei oder nach einem solchen Lötverfahren können Lösungsmittel aus dem Flussmittel verdampfen und beispielsweise Salze (organische oder anorganische) aus dem Flussmittel können auf der Struktur zurückbleiben. Somit kann sich auf der Struktur ein ionischer Film bilden, der abhängig von dem späteren Einsatzgebiet der Struktur, nachteilige Auswirkungen hinsichtlich von Kurzschlüssen oder Weiterverarbeitung haben kann.
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Daher ist es bekannt eine mit Lötkontakten versehene Struktur nach dem Lötverfahren durch eine Nassreinigung von Flussmittelrückständen zu säubern. Üblicherweise wird die gesamte Struktur bei einer solchen Reinigung in verschiedene Tauchbecken eingetaucht. Eine solche Reinigung ist jedoch zeit- und kostenintensiv. Insbesondere da eine Wartung von Reinigungsstraßen und eine Entsorgung- bzw. Aufbereitung von Tauchwässern anfallen. Ferner kann es bei schwierigeren geometrischen Ausgestaltungen der Struktur durch ein Tauchbad nicht möglich sein, sämtliche Rückstände zu entfernen.
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Daher ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein Verfahren und eine System bereitzustellen, bei der die obigen Nachteile ausgeräumt sind. Gelöst wird dieses Problem durch ein Verfahren zum Entfernen von Rückständen von einer mit Lötkontakten versehenen Struktur mit den Merkmalen des Anspruchs 1, mit einem Computerprogramm mit den Merkmalen des Anspruchs 9 und mir einem System zum Entfernen von Rückständen von einer mit Lötkontakten versehenen Struktur mit den Merkmalen des Anspruchs 10.
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Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum Entfernen von Rückständen von einer mit Lötkontakten versehenen Strukturen bereitgestellt, umfassend: Anordnen der Struktur auf einer Halterung, und Bestrahlung der mit Lötkontakten versehenen Struktur mit Laserlicht, um durch die Herstellung der Struktur erzeugte Rückstände zu entfernen.
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Gegenüber dem im Stand der Technik bekannten Reinigungsverfahren für eine mit Lötkontakten versehenen Struktur unterscheidet sich die vorliegende Erfindung, dadurch dass die Struktur mit Hilfe von Laserlicht zumindest partiell von Rückständen wie beispielsweise Flussmittelrückständen gereinigt wird. Dadurch kann die bekannte Nassreinigung entfallen. Folglich kann die Reinigungszeit erheblich verkürzt werden. Ferner können auch schwierige geometrische Ausgestaltungen der Struktur zuverlässig von Rückständen gereinigt werden. Somit können beispielsweise auch an Hinterschneidungen der Struktur Rückstände zuverlässig entfernt werden. Ferner können die Prozesskosten der Reinigung reduziert werden, da keine Abfallprodukte anfallen und die Wartung vereinfacht ist. Letztlich können durch die Behandlung der Struktur mit Laserlicht auch verbesserte Oberflächeneigenschaften der Struktur realisiert werden, sodass beispielsweise bessere Hafteigenschaften der Struktur bereitgestellt werden können.
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Bei der mit Lötkontakten versehenen Struktur kann es sich beispielsweise um eine Leiterplatte, Platine, gedruckte Schaltung oder ähnliches handeln. Mit anderen Worten kann die Struktur ein Träger für elektronische Bauteile sein und als mechanische Befestigung der Bauteilen und/oder als elektronische Verbindung dienen. Die Struktur an sich kann aus einem elektrisch isolierenden Material bestehen und leitende Verbindungen (Leiterbahnen) aufweisen. Die Leiterbahnen können aus einer dünnen Schicht Kupfer (beispielsweise mit einer Dicke von 35 µm) geätzt werden. Die Bauteile könne auf sogenannten Lötflächen oder Lötaugen angebracht werden. Die Bauteile können dabei mechanisch und elektrisch mit der Leiterplatte verbunden sein. Zum Herstellen der Verbindung zwischen Bauteilen und der Struktur kann beispielsweise ein Lötverfahren (beispielsweise ein Spaltkopflötverfahren) verwendet werden. Bei dem Lötverfahren wird Lot (beispielsweise Lötzinn) erwärmt und mit den zu verbindenden Teilen in Verbindung gebracht. Bei dem Spaltkopflötverfahren kann eine erste Elektrode und eine zweite Elektrode vorgesehen sein, die mit einem Abstand zueinander beabstandet gehalten sind. Durch Anlegen einer Spannung und Vorsehen eines zu lötenden Elements in dem Spalt, kann das Lötverfahren durchgeführt werden. Details zum Spaltkopflötverfahren sind der Offenlegungsschrift
DE 10 2015 210 024 A1 zu entnehmen. Die Merkmale und Vorteile des Spaltkopflötverfahrens aus diesem Dokument sind hierin durch Bezug mitinbegriffen. Bei einem Lötverfahren, insbesondere beim Spaltkopflötverfahrens, kann ein Flussmittel eingesetzt werden, um das Lötergebnis zu verbessern oder das Verfahren erst möglich zu machen. Als Flussmittel kann beispielsweise Stannol EF350 verwendet werden.
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Die Struktur kann beispielsweise mittels eines Klemmmechanismus auf der Halterung angeordnet sein. Der Klemmmechanismus erlaubt es, dass eine Vielzahl von unterschiedlicher Strukturen damit gehalten werden können. Ferner kann die Struktur mittels eines Schraubmechanismus an der Halterung gehalten sein. Dadurch kann ein besonders fester Halt der Struktur realisiert sein. Die Halterung kann wiederum auf einem Unterbau angeordnet sein. Die Halterung kann dazu ausgestaltet sein, die Struktur relativ zu dem Unterbau zu bewegen. Somit kann die Struktur in eine gewünschte Position gebracht werden. Mit anderen Worten kann die Struktur relativ zu dem Laserlicht (d.h. zu einem Emitter des Laserlichts) bewegt werden.
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Das Laserlicht kann durch einen Emitter ausgestrahlt werden. Bei dem Laserlicht oder Laserstrahl kann es sich um elektromagnetische Wellen handeln, die in einem engen Frequenzbereich durch scharfe Bündelung und große Kohärenzlängen eine hohe Intensität aufweisen können. Der Emitter kann dabei so gesteuert sein, dass der Laserstrahl über die mit Lötkontakten versehene Struktur bewegt wird. Dabei kann der Bereich um die Lötkontakte herum sowie die Lötkontakte selbst mit dem Laserlicht beaufschlagt werden, sodass Rückstände (beispielsweise Rückstände des Flussmittels) entfernt werden. Insbesondere können die Rückstände dadurch entfernt werden, dass diese aufgrund der durch das Laserlicht zugeführte Energie verdampfen. Somit können zurückgebliebene Feststoffkomponenten des von der Struktur entfernt werden. Das Laserlicht kann grundsätzlich eine beliebige Wellenlänge , insbesondere von 500 nm bis 1100 nm, bevorzugt von 1000 nm bis 1100 nm, aufweisen. In diesem Wellenlängenbereich kann eine zufriedenstellende Reinigung der Oberfläche der Struktur erreicht werden.
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Darüber hinaus kann beispielsweise ein Lötstopplack, der die zu lötenden Stellen der Struktur umgibt, ebenfalls durch das Laserlicht entfernt werden. Somit kann auch der Lötstopplack als Rückstand betrachtet werden. Der Lötstopplack kann auf der Struktur an den Stellen aufgetragen sein, an denen keine Kontakte oder Elemente vorgesehen sind. Der Lötstopplack kann ein Schutz und/oder eine Isolation anderer Kontakte und der Struktur darstellen. Die Möglichkeit den Lötstopplack mit dem Laserlicht entfernen zu können bietet den Vorteil, dass auch im Nachhinein strukturelle Änderungen an der mit Lötkontakten versehenen Struktur hochgenau vorgesehen werden können. So kann beispielsweise ein weiteres Bauteil an der Struktur angeordnet werden und beispielsweise daran angelötet werden. Ferner kann der Lötstopplack entfernt werden, um eine Haftung zwischen der Struktur und anderen Elementen oder Materialien zu erhöhen. So kann beispielweise in einem darauffolgenden Verarbeitungsschritt die mit Lötkontakten versehene Struktur mit weiteren Elementen versehen werden. Ein solches Anbringen kann durch Entfernen von Rückständen und/oder des Lötstopplacks vereinfacht werden. Ferner kann eine Haftung zwischen angebrachten Elementen und der Struktur verbessert werden.
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Zudem kann das Laserlicht die Oberfläche der Struktur strukturieren, sodass eine Haftung zwischen anderen Elementen und der Struktur verbessert sein kann. So kann die Struktur beispielsweise mit einem weiteren material umgeben (beispielsweise umspritzt werden).
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Somit bietet die vorliegende Erfindung den Vorteil, dass auf einfache Weise eine mit Lötkontakten versehene Struktur von Rückständen (beispielsweise aus einem vorhergehenden Bearbeitungsschritt) entfernt werden kann, ohne dass eine Nassreinigung notwendig ist. Ferner können die Rückstände auch zuverlässiger entfernt werden, da die Bestrahlungsdauer entsprechend angepasst werden kann. Ferner auch bei nicht zugängigen Stellen der Struktur durch Bewegen der Struktur und/oder des Emitters ein Entfernen der Rückstände ohne weiteres möglich. Dadurch kann der Reinigungsprozess vereinfacht und effizienter gemacht werden. Ferner kann durch die Reinigung der Struktur mit dem Laserlicht die Struktur so bearbeitet werden, dass ein SIR-Test positiv bestanden wird. Ob der Test positiv bestanden wird oder nicht hängt vor allem von dem späteren Einsatzzweck und -ort ab. Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird die Struktur im Automobilbereich (insbesondere bei Elektrofahrzeugen) verwendet. Daher können die dort üblichen Anforderungen an den SIR-Test der Struktur gelten.
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Bei dem SIR-Test kann ein Oberflächenisolationswiderstand (Surface Insulation Resistance, SIR) der Struktur gemessen werden. Der Oberflächenisolationswiderstand ist nach der IPC-Definition der elektrische Widerstand eines Isoliermaterials zwischen einem Paar von Kontakten, Leitern oder Erdungsvorrichtungen, der unter bestimmten Umgebungs- und elektrischen Bedingungen bestimmt wird.
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Die SIR-Prüfung kann auch als Temperatur-Feuchtigkeits-Bias-Prüfung (THB) bezeichnet verwendet und kann verwendet werden, um die Fähigkeit eines Produkts oder eines Prozesses zu bewerten, einem „Ausfall“ durch Leckstrom oder einen elektrischen Kurzschluss (d.h. dendritisches Wachstum) zu widerstehen. Die SIR-Prüfung wird in der Regel unter erhöhten Temperatur- und Feuchtigkeitsbedingungen (z. B. 85 °C/85 % relative Luftfeuchtigkeit und 40 °C/90 %) durchgeführt, wobei regelmäßig Isolationswiderstandsmessungen (IR) vorgenommen werden.
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Vorzugsweise ist das Laserlicht gepulst und kann eine Pulsfrequenz von 10 bis 40 kHz, bevorzugt von 15 bis 30 kHz, stärker bevorzugt von 18 bis 22 kHz, aufweisen. Die Pulsfrequenz ist abhängig vom verwendeten Laser. Durch das gepulstes Laserlicht ist eine Entfernung der Rückstände auch bei geringeren Leistungen des Laserlichts ohne weiteres möglich. Dadurch kann das Verfahren eine gesteigerte Effizienz aufweisen und gleichzeitig sicherstellen, dass Flussmittelrückstände in ausreichendem Maße beseitigt sind. Der erste Frequenzbereich bietet den Vorteil, dass aufgrund der hohen Spitzenintensitäten verschiedenste Materialien der Struktur zufriedenstellend gereinigt werden können. So ist beispielsweise bei einer sehr günstigen Struktur (beispielsweise bei einer Leiterplatte aus Hartpapier) eine zu hohe Intensität nachteilig, da es zu Hitzeschäden kommen kann. Der Bereich von 15 bis 30 kHz bietet den Vorteil, dass auch größere Mengen von Flussmittelrückständen bei einer Vorschubgeschwindigkeit von 100 bis 600 m/min zufriedenstellend entfernt werden können. Bei dem Bereich von 18 kHz bis 22 kHz wurde herausgefunden, dass Rückstände besonders vorteilhaft von Leiterplatten, die aus faserverstärktem Kunststoff hergestellt sind, entfernt werden können, ohne dass sich die Leiterplatte zu stark aufheizt. Somit kann eine akkurate Reinigung sichergestellt werden und Schäden an der Struktur vermieden werden.
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Vorzugsweise ist die mit Lötkontakten versehene Struktur eine Leiterplatte und die Rückstände können Flussmittelrückstände und/oder Lötstopplack umfassen. Die Flussmittelrückstände können dabei insbesondere Feststoffe sein, die nach Verdampfen von Lösungsmitteln aus dem Flussmittel auf einer Oberfläche der Struktur zurückbleiben. Dadurch kann sich ein ionischer Film bilden, der wiederum zu Kurzschlüssen führen kann. Durch die Behandlung mit Laserlicht können diese Rückstände entfernt werden, sodass eine Elektromigration verhindert werden kann. Ferner kann durch das nachträgliche Entfernen von Lötstopplack eine effizientere Produktion sichergestellt sein, da eine einheitliche Struktur (z.B. eine Leiterplatte) hergestellt werden kann, die nachträglich individualisiert wird. Beispielsweise kann nachträgliche Lötstopplack entfernt werden, um weitere Bauteile an der Leiterplatte anzubringen.
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Vorzugsweise wird das Laserlicht mit einer Vorschubgeschwindigkeit von 100 bis 600 m/min, bevorzugt von 300 bis 500 m/min, stärker bevorzugt von 380 bis 420 m/min, über die Struktur bewegt. Die Vorschubgeschwindigkeit kann eine Relativgeschwindigkeit zwischen dem Laserlicht und der Struktur darstellen. Die Vorschubgeschwindigkeit kann dadurch erreicht werden, dass die Halterung und/oder der Emitter des Laserlichts relativ zueinander bewegt werden. Gemäß einer Ausführungsform, wird sowohl die Halterung als auch der Emitter relativ zueinander bewegt. Dies bietet den Vorteil, dass das System zum Entfernen von Rückständen insgesamt nur sehr wenig Bauraum beansprucht. Somit kann eine Fertigung effizienter realisiert werden. Der Bereich von 100 bis 600 m/min bietet den Vorteil, dass eine Vielzahl von Strukturen aus unterschiedlichen Materialien gereinigt werden können. So ist beispielsweise bei einer Temperaturempfindlichen Struktur eine rasche Vorschubgeschwindigkeit notwendig, um Hitzeschäden zu vermeiden. Demgegenüber ist bei größerer Verschmutzung eine langsamere Vorschubgeschwindigkeit vorteilhaft ist, um in einem Arbeitsgang sämtliche Rückstände zu entfernen. Der Bereich von 300 bis 500 m/min stellt dabei einen vorteilhaften Wert dar, der zum einen die Struktur vor thermischer Überhitzung schützt und zum anderen dennoch eine rasche Bearbeitung ermöglicht. In dem Bereich von 380 bis 420 m/min wurde herausgefunden, dass eine besonders schonende und zugleich gründliche Reinigung der Oberfläche der Struktur möglich ist. Bei einem Wert von ungefähr 400 m/min kann darüber hinaus eine besonders vorteilhafte Strukturierung der Oberfläche der Struktur erreicht werden. Mit anderen Worten kann hierbei verhindert werden, dass die Struktur übermäßig geschwächt wird und gleichzeitig eine ausreichende Strukturierung zur Anhaftung von anderen Elementen und/oder Materialien sichergestellt sein.
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Vorzugsweise umfasst das Verfahren ferner ein Absaugen der bei der Bestrahlung der Struktur entstehenden Gase. Durch die Bestrahlung der Struktur mit Laserlicht können die Aktivatoren, die aus dem Flussmittel zurückbleiben, wie beispielsweise organische Salze, verdampft werden. Um zu verhindern, dass diese Gase in den Arbeitsbereich gelangen und dort Personen oder andere Bauteile negativ beeinflussen, kann das Verfahren ein Absaugen dieser Gase umfassen. Dabei können die Gase über einen Filter geführt werden, um schädliche Bestandteile aus den Gasen abzutrennen und separat zu entsorgen. Dadurch kann das vorliegende Verfahren besonders umweltschonend realisiert sein.
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Vorzugsweise umfasst das Verfahren ferner ein Herstellen von Lötkontakten auf der Struktur unter Verwendung eines Flussmittels. Beispielsweise können die Kontakte mit Hilfe des bereits oben erwähnten Spaltkopflötens hergestellt werden. hierbei ist der Einsatz von Flussmitteln notwendig, um besonders akkurate Lötergebnisse zu erlangen. Es kann jedoch auch ein anderes Lötverfahren unter Einsatz von Flussmitteln genutzt werden, um die Lötkontakte auf der Struktur herzustellen.
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Vorzugsweise umfasst das Verfahren nach dem Schritt des Bestrahlens ferner ein Umspritzen der Struktur mit einem Duroplast. Demgemäß kann die Struktur zumindest teilweise von einem Duroplast umspritzt werden, um die Struktur gegenüber der Umgebung abzukapseln. Somit kann beispielsweise sichergestellt werden, dass Feuchtigkeit oder andere Umwelteinflüsse nicht bis zu der Struktur vordringen. Insbesondere in dem Fall, bei dem die Struktur eine Leiterplatte ist, kann dies die Langlebigkeit der Leiterplatte erhöhen. Ferner kann der Duroplast eine Schutzhülle für die Struktur darstellen, die dazu ausgestaltet ist, Stöße oder andere mechanische Einflüsse von der Struktur abzuhalten. Das Umspritzen der Struktur mit einem Duroplast ist bei der vorliegenden Erfindung besonders vorteilhaft, da durch die Reinigung der Struktur mit dem Laserlicht der Duroplast vorteilhaft an der Struktur haftet. Diese Haftung kann zudem verbessert werden, indem die Oberfläche der Struktur aufgrund der Bestrahlung mit Laserlicht strukturiert wird. Folglich kann eine sichere Verbindung zwischen Duroplast und der mit Lötkontakten versehene Struktur sichergestellt sein.
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Vorzugsweise umfasst das Verfahren gleichzeitig zu dem Schritt des Bestrahlens ferner ein Schwenken der Halterung und/oder eines Emitters, der dazu ausgestaltet ist, das Laserlicht zu emittieren. Demgemäß kann entweder die Halterung relativ zu dem Emitter bewegt werden, der Emitter relativ zu der Halterung bewegt werden oder sowohl der Emitter als auch die Halterung relativ zueinander bewegt werden. Bewegen kann dabei ein horizontales Verfahren des Emitters oder der Halterung und/oder ein Schwenken des Emitters und/oder der Halterung umfassen. Mit anderen Worten können sowohl der Emitter als auch die Halterung in sechs Freiheitsgraden bewegt werden. Zudem kann die Halterung und/oder der Emitter vertikal bewegt werden. Die Freiheitsgrade umfassen dabei vor/zurück, herauf/herunter, links/rechts, gieren/nicken und rollen. Somit kann durch eine entsprechende Positionierung des Emitters und der Halterung das Laserlicht selbst an schwierig zu erreichenden Stellen der Struktur wie beispielsweise an Hinterschneidungen effizient Rückstände entfernen. Ferner kann das Verfahren eine Gewichtsbestimmung umfassen, sodass festgestellt werden kann, wie schwer die von der Halterung gehaltente Struktur im Vergleich zu dem Emitter ist. Basierend auf dieser Bestimmung kann entschieden werden, ob es effizienter ist, die Halterung oder den Emitter zu bewegen. Somit kann abhängig von dem Gewicht der Struktur, die zu reinigen ist, bestimmt werden, ob der Emitter, die Halterung oder beides bewegt wird. Folglich kann die Effizienz des Reinigungsverfahrens weitergesteigert sein.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Computerprogramm bereitgestellt, dass, wenn es auf einem Rechner ausgeführt wird, dazu eingerichtet ist, das obige Verfahren auszuführen. Das Computerprogramm kann in einem beliebigen Code vorliegen, insbesondere in einem Code, der für die Steuerung von Anlagen im Industriebereich geeignet ist. Gemäß einem weiteren Aspekt ist die Erfindung auf ein computerlesbares Medium gerichtet, dass ein oben definiertes Computerprogramm umfasst. Bei dem computerlesbaren Medium kann es sich um ein beliebiges digitales Datenspeichergerät handeln, wie zum Beispiel einem USB-Stick, eine Festplatte, eine CD-ROM, eine SD-Karte oder eine SSD-Karte. Natürlich muss das Computerprogramm nicht auf einem solchen computerlesbarem Medium gespeichert sein, um einem Kunden zur Verfügung gestellt zu werden, sondern kann auch über das Internet bezogen werden.
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Gemäß einem weiteren Aspekt ist die vorliegende Erfindung auf eine Verwendung von Laserlicht zur Reinigung von mit Lötkontakten versehenen Strukturen gerichtet, um Rückstände von der Struktur zu entfernen.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein System zum Entfernen von Rückständen von einer mit Lötkontakten versehenen Struktur bereitgestellt, wobei das System insbesondere dazu ausgestaltet sein kann, das obige Verfahren auszuführen. Das System kann dabei umfassen: einen Emitter, der dazu ausgestaltet ist, Laserlicht zu emittieren, und eine Halterung, die dazu ausgestaltet ist, die Struktur zu halten. Der Emitter kann dazu ausgestaltet sein, Laserlicht mit einer Leistung in einem Bereich von 50 bis 1000 Watt, vorzugsweise in einem Bereich von 100 bis 300 Watt, stärker bevorzugt in einem Bereich von 190 bis 210 Watt zu emittieren, und wobei der Emitter und/oder die Halterung dazu ausgestaltet sein können, sich relativ zueinander zu bewegen. Der Bereich der Leistung des Laserlichts von 50 bis 1000 Watt bietet den Vorteil, dass selbst empfindliche Strukturen von Rückständen befreit werden können. Ferner ist sichergestellt, dass eine hohe Effizienz bei der Reinigung realisiert ist. Der Leistungsbereich von 100 Watt bis 300 Watt kann dabei die Effizienz weiter steigern, da der Laser wenig Leistung aufnehmen muss, um die Struktur von Rückständen zu reinigen. Der zuletzt genannten Leistungsbereich ist besonders vorteilhaft bei einer Vorschubgeschwindigkeit von 300 bis 500 m/min, da hierbei selbst Rückstände, die organische Harze umfassen, zufriedenstellend entfernt können. Ferner kann dabei ein geringer Stromverbrauch des Emitters sichergestellt werden. In dem Leistungsbereich von 190 bis 210 Watt kann eine besonders vorteilhafte Strukturierung der Oberfläche der Struktur erreicht werden, sodass bei einem nachträglichen Auftragen eines Materials (z.B. eines Duroplasts) auf die Struktur eine vorteilhafte Haftung zwischen dem Material und der Struktur bereitgestellt sein kann.
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Alle Vorteile, die in Verbindung mit dem Verfahren genannt sind, gelten analog auch für Merkmale der Vorrichtung und andersherum. Ferner können einzelne Merkmale der Ausführungsformen mit anderen Merkmalen anderer Ausführungsformen oder mit anderen Ausführungsformen kombiniert werden und somit neue Ausführungsformen bilden.
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Im Folgenden wird die vorliegende Erfindung anhand von einigen Ausführungsformen im Detail mit Bezug auf die Figuren beschrieben. Dabei zeigen:
- 1 eine schematische Darstellung einer Struktur mit Lötkontakten gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,
- 2 eine schematische Darstellung eines Systems zum Entfernen von Rückständen von einer mit Lötkontakten versehenen Struktur gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, und
- 3 eine schematische Darstellung eines Herstellungsschritts von Lötkontakten auf einer Struktur gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
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1 ist eine schematische Darstellung einer Struktur 1, die gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung von Rückständen 3 gereinigt werden kann. Hierbei handelt es sich bei der Struktur 1 um eine Leiterplatte. Die auf der Leiterplatte 1 vorgesehenen Lötkontakte 4 stellen eine Verbindung mit ebenfalls auf der Leiterplatte 1 vorgesehenen Verbindungen her. Bei der vorliegenden Ausführungsform umfassen die Lötkontakte 4 sogenannte Litzen, die ein biegsamer elektrischer Leiter sind. Die Lötkontakte 4 sind durch ein Lötverfahren auf der Leiterplatte 1 angeordnet worden. Während des Lötverfahrens kam ein Flussmittel zum Einsatz, um ein besseres Lötergebnis zu erlangen. Daher sind nach Beendigung des Lötverfahrens Rückstände 3 des Flussmittels auf einer oder mehreren Oberflächen der Leiterplatte 1 zu finden. Um die Leiterplatte 1 von diesen Rückständen 3 zu befreien, wird die Leiterplatte 1 auf einer Halterung (nicht dargestellt in der 1) angeordnet. Anschließend wird die Leiterplatte 1 partiell mit Laserlicht bestrahlt, um die Rückstände 3 zu entfernen. Bei der vorliegenden Ausführungsform weist das Laserlicht eine Leistung von 200 Watt, eine Pulsfrequenz von 20 kHz, eine Pulsdauer von 100 ns, eine Vorschubgeschwindigkeit von 400 m/min, einen Linienabstand von 0,5 mm, eine Fläche von 70x50 mm und eine Bestrahlungsdauer von 1050 ms auf. Bei einer alternativen Ausführungsform weist das Laserlicht eine Leistung von 100 Watt, eine Pulsfrequenz von 20 kHz, eine Pulsdauer von 100 ns, eine Vorschubgeschwindigkeit von 400 m/min, einen Linienabstand von 0,5 mm, eine Fläche von 70x50 mm und eine Bestrahlungsdauer von 1050 ms auf. Hiermit können besonders empfindliche Strukturen 1 vorteilhaft gereinigt werden, ohne dass die Struktur 1 Schaden nimmt. In einer weiteren alternativen Ausführungsform weist das Laserlicht eine Leistung von 150 Watt, eine Pulsfrequenz von 20 kHz, eine Pulsdauer von 50 ns, eine Vorschubgeschwindigkeit von 200 m/min, einen Linienabstand von 0,5 mm, eine Fläche von 70x50 mm und eine Bestrahlungsdauer von 2150 ms auf. Bei dieser Ausführungsform kann eine stark mit Rückstände 3 verunreinigte Struktur 1 zuverlässig gereinigt werden, ohne dass Hitzeschäden bei der Struktur 1 auftreten. Bei jeder der obigen Ausführungsformen werden sowohl die Struktur 1 als auch die Lötkontakte 4 von dem Laserlicht überstrichen. Daher können Rückstände voll umfänglich von der Leiterplatte 1 entfernt werden.
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In 2 ist eine schematische Darstellung eine Systems 10 zum Entfernen von Rückständen 3 von einer mit Lötkontakten 4 versehenen Struktur 1 dargestellt. In 2 ist die Halterung 2 dargestellt, an der die Leiterplatte 1 festgelegt werden kann. Darüber befindet sich ein Emitter 5, der das Laserlicht ausstrahlen kann. Bei der vorliegenden Ausführungsform wird der Emitter 5 durch einen Roboter 6 geführt. Daher lässt sich der Emitter 5 um 18 Freiheitsgrade drehen. Bei der vorliegenden Ausführungsform lässt sich die Halterung lediglich um eine Drehachse drehen. Diese reicht jedoch aus, um die Leiterplatte 1 relativ zu dem Emitter 5 so zu positionieren, dass selbst Hinterschneidungen auf der Leiterplatte 1 von dem Laserlicht erreicht werden können, so dass auch dort Rückständen 3 zufriedenstellend entfernt werden können.
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In einer weiteren nicht dargestellten Ausführungsform lässt sich die Halterung 2 ebenfalls um 18 Freiheitsgrade drehen, wodurch eine noch flexiblere Handhabung erreicht werden kann. Die Halterung 2 kann hierbei eine Waage aufweisen, die dazu ausgestaltet ist, das Gewicht der Leiterplatte 1 zu bestimmen. Basierend darauf kann bestimmt werden, ob der Emitter 5 oder die Leiterplatte 1 schwerer ist, und bestimmt werden, dass lediglich das leichtere der beiden (also entweder der Emitter 5 oder die Halterung 2 mit der Leiterplatte 1) bewegt wird. Somit kann die Effizienz während der Reinigung erhöht werden.
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Bei einer weiteren nicht dargestellten Ausführungsform weist das System 10 eine Absaugeinrichtung mit einem Filter aus, die dazu ausgestaltet ist, verdampfte Rückstände abzusaugen, so dass verhindert werden kann, dass die verdampften Rückstände unkontrolliert in die Umgebung gelangen.
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Nach einer erfolgten Reinigung, kann die Leiterplatte 1 zumindest teilweise von einem Duroplast umspritzt werden. Aufgrund der gereinigten Oberfläche der Leiterplatte 1 kann das Duroplast ohne Probleme an der Leiterplatte 1 haften. Als Resultat wird ein elektronisches Bauteil erlangt, das gegenüber der Umgebung gekapselt ist. Somit kann die Leiterplatte 1 geschützt sein.
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3 ist eine schematische Darstellung eines Spaltkopflötverfahrens. Eine Spaltkopf-Lötvorrichtung 11 weist zwei Elektroden auf, die mit einem Spalt voneinander beabstandet angeordnet sind. Bei dem Lötvorgang wird ein Leiter 12 auf die Leiterplatte 1 aufgesetzt. Zwischen der Leiterplatte 1 und dem Lötkopf 11 ist eine Lotbedruckung 13 angeordnet. Fließt Strom durch die Elektroden des Lötkopfs 11 erwärmt sich die Lotbedruckung 13 aufgrund der Erwärmung des Leiters 12 und schmilzt. Dabei wird der Leiter 12 von dem Lotmaterial benetzt und stellt eine sichere Verbindung mit der Leiterplatte 1 her. Um zufriedenstellende Ergebnisse zu erzielen, wird bei diesem Lötvorgang ein Flussmittel (im vorliegende Stannol EF350) zugegeben. Dieses Flussmittel sorgt für die Rückstände 3, die durch das erfindungsgemäße Verfahren entfernt werden können. Durch den hier vorgestellten Ansatz kann eine Struktur 1 von Rückständen 3, die aufgrund eines vorhergehenden Lötvorgangs verursacht worden sind, effizient gereinigt werden. Hierbei bietet sich sowohl eine Zeitersparnis an als auch ein Kostenersparnis. Ferner kann die Oberfläche der Struktur strukturiert werden, um ein späteres Anhaften von weiteren Elementen oder Materialien zu erleichtern.
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Umfasst ein Ausführungsbeispiel eine „und/oder“-Verknüpfung zwischen einem ersten Merkmal und einem zweiten Merkmal, so ist dies so zu lesen, dass das Ausführungsbeispiel gemäß einer Ausführungsform sowohl das erste Merkmal als auch das zweite Merkmal gemäß einer weiteren Ausführungsform entweder nur das erste Merkmal oder nur das zweite Merkmal aufweist.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Struktur
- 2
- Halterung
- 3
- Rückstände
- 4
- Lötkontakte
- 5
- Emitter
- 6
- Roboter
- 10
- System
- 11
- Spaltkopflötvorrichtung
- 12
- Leiter
- 13
- Lotbedruckung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102015210024 A1 [0006]
